Cessna 172R飛機地面慢車停車故障研究

王立綱

(中國民用航空飛行學院 廣漢分院，四川 廣漢618307)

0 引言

飛機燃油調節裝置是保證飛機在不同的飛行高度、速度，不同的大氣溫度、壓力下，在發動機的不同轉速以及任意改變發動機工作狀態時，可靠地供燃油，以保證燃燒穩定，不熄火的裝置，是發動機燃油系統的核心。Cessna 172R飛機自2006年被某飛行訓練單位引進后，一直作為飛行訓練的初級教練機使用，服役13年來，每架飛機每年平均完成4000多次起落，若燃油調節一旦出現故障，導致飛機在著陸滑行中停車，不僅會給后續飛機的安全落地造成威脅，而且根據現有航空安全信息報送要求，事發單位還需要花費大量的人力和時間來進行此類事件的報送和調查工作，影響正常的運行；隨著飛機機齡的增長，故障發生的概率也明顯增加，為此必須保持警惕并加以研究，制定相應的維修對策，來降低該故障的發生率，提高燃調系統的可靠性和安全性，保障飛行教員和飛行學生的生命安全以及國家財產的安全。本文以實際運行過程中遇到的飛機在地面滑行階段慢車停車故障為研究對象，結合燃油調節系統工作原理和歷史故障統計，確定故障發生的最終原因，再根據實際維護經驗，提出維修對策。

1 故障描述

2018年7月某日，某飛行訓練單位一架Cessna 172R飛機執行本場夜間起落帶飛訓練任務，飛機在機場落地著陸脫離跑道進入C滑行道后，發動機慢車轉速停車，后由機務人員牽引回機庫進行檢查。在對飛機和發動機外觀進行檢查后發現正常，對飛機的SD卡數據進行分析發現在發動機停車前的那一階段有明顯的富油現象，且根據機組人員陳述，在油門桿已經收到慢車位后，飛行人員有繼續向后拉油門桿的動作。因此在故障分析時需要分兩部分，一是研究燃調系統本身，因為燃調系統是飛機慢車燃油的控制系統，重點研究慢車調節機構；二是研究飛行員操縱控制。

2 燃調系統概述

2.1 燃調的主要結構及工作原理

Cessna 172R飛機中IO-360-L2A發動機采用美國Precision公司生產的RSA-5ADl型直接噴射式燃油調節器(以下簡稱燃調)，燃調組成圖如圖1所示，該燃調系統包括燃調殼體、文氏管、油門桿、油門、混合比操縱桿、慢車轉速調節螺釘、慢車混合比調節裝置、氣膜、油膜、球閥、慢車恒速彈簧等[1]，如圖1所示。

燃調主要是由一個空氣流量傳感部件、一個計量部件和一個燃油調節部件組成?？諝饬髁總鞲胁考?文氏管和空氣薄膜，即圖1中的AB室)通過感受節氣門處沖壓壓力和文氏管喉部壓力，計量發動機空氣流量的消耗量，這些壓力作用于一個空氣薄膜的兩側，空氣薄膜兩側的壓差為空氣計量力。燃油計量部件(包括球形活門和燃油薄膜，即圖1中的CD室)來計量燃油，其燃油薄膜的一邊作用于進口燃油壓力，另一邊作用于計量燃油壓力，燃油薄膜兩邊的壓差為燃油計量力。燃油調節部件：它裝在空氣流量部件上，包括進油濾、慢車混合比調節活門、慢車活門及定油嘴等，其功用是計量和調節流到流量分配器的燃油。

燃調的工作原理簡述為：通過計量空氣流量，將空氣流量信號作為一個伺服活門，伺服活門精確地調節所需燃油壓力，然后通過燃油控制系統，使得燃油流量與空氣流量成正比[2]，滿足發動機在各種工作情況下的需要。

2.2 慢車調節機構組成及功能

RSA-5AD1型燃調的慢車調節機構確保發動機在慢車狀態能夠穩定的工作。主要由風門機構、風門搖臂、慢車轉速螺釘、互聯桿機構和慢車供油活門組件等及其他零部件組成，慢車調節機構圖如圖2所示。各部件主要功能為[3-4]：

(1)風門機構(風門、風門軸)：主要控制發動機進氣量；

(2)風門搖臂：通過油門桿鋼索操縱風門搖臂打開風門；

(3)慢車轉速螺釘：控制風門搖臂止擋位置，調節慢車轉速；

(4)互連桿機構：主要調節慢車供油活門位置，調節發動機慢車混合比；

(5)慢車供油活門組件：控制慢車位燃調供油量。

圖2慢車調節機構圖

3 故障分析

3.1 故障統計

Cessna 172R飛機每年在地面滑跑過程中或者在定檢后試車過程中都會發生多起油門慢車停車故障，共有的現象是地面慢車過富油。根據換件情況，慢車過富油主要集中在更換互聯桿機構或因燃調風門控制機構的綜合間隙過大(風門軸、限位釘等部附件長期磨損造成)而換燃調等。某飛行訓練單位該機型2015年至2018年期間地面慢車停車故障次數統計如圖3 所示，地面慢車停車故障換件情況統計如圖4所示。

圖3地面慢車停車故障次數統計

圖4地面慢車停車故障換件情況統計

3.2 故障原因分析

根據數據統計及初步原理分析認為該故障可能存在兩個方面的原因：一是機械原因，主要是根據燃調慢車調節機構部附件更換狀況得出；二是人的原因，主要是針對飛行人員的操作。

3.2.1 機械原因

(1)風門機構間隙

當油門桿處于慢車位時，風門開度已經很小，因風門軸長期磨損造成的間隙逐漸變大，加上定位彈簧的拉力，油門桿慢車時風門控制搖臂實際并未完全靠于止擋位，實際拉桿時克服了綜合間隙后，風門開度進一步減小，進氣量在原來的基礎上繼續減少，但燃油量未減少，從而導致發動機慢車富油停車。

風門軸使用兩個風門軸軸套與燃調殼體相連，工作中風門軸在軸套中進行旋轉運動，以實現風門的開閉，風門軸可能出現的運動間隙分為徑向和軸向間隙，風門軸裝配示意圖如圖5所示。根據RSA-5AD1型燃調翻修手冊，軸向間隙標準值為0.002～0.008 in，該間隙標準在廠家燃調翻修工藝中已明確，翻修過程嚴格執行，可以確保軸向間隙符合要求。徑向間隙(即風門軸-軸套之間間隙)分為兩種情況，一是風門軸與軸套之間的配合容差，二是兩個軸套之間的同軸度。風門軸與軸套之間的配合容差較大時，風門軸兩端均出現較大間隙，風門軸將在軸套中晃動，造成風門位置不在設定位置。風門軸與軸套之間的一端容差大一端容差小，由于容差小的軸套限制了軸的位移量，此時在正常使用時，風門能實現正常功能。但若出現用力拉油門桿的情況，風門軸由于另一端軸套間隙大，風門軸出現彈性變形，風門將不再正常功能位。風門軸與軸套不同軸有兩種情況，一種情況為風門軸軸套研磨不標準；另一種情況為風門軸彎曲。這兩種情況在使用中均會出現軸套快速磨損，風門軸與軸套之間出現間隙超標情況。

(2)限位釘

限位釘由上半部分的膠木環和下半部分的金屬環組成，下半部分用膠粘結于安裝座中，限位釘安裝位置及實物圖如圖6所示。限位釘與慢車轉速調整螺釘配合使用，作為慢車轉速調整螺釘的止擋，限制風門慢車時的位置。限位釘的松動或破損將直接導致風門關小，造成燃調無法提供足夠的空氣，致使發動機富油停車。

(3)互連桿機構

互連桿機構圖如圖7所示，主要由上、下U型夾和中間調節螺栓構成，并用定位銷釘固定在兩端，上端連接風門控制組件，下端連接慢車活門控制組件；2個定位銷中間掛接一根定位彈簧，作用是防止調節螺釘由于發動機的振動導致螺釘自由轉動，造成貧富油混亂；調節螺栓上端為細螺紋，下端為粗螺紋。

圖7 互連桿機構圖

互連桿調節螺栓調節一個齒變化量約為20 rpm，混合比轉速變化量最合適的范圍是增加10～50 rpm。慢車供油控制活門開度大小受互連桿長度影響，順時針轉動調節螺栓，互連桿長度增加，活門旋轉使出油孔開度增大，供油量增加，混合氣變富油，反之，則變貧油。在操作過程中，互連桿機構上下U型夾、定位銷釘、調節螺釘會持續的磨損，過大的間隙也將導致發動機油氣混合比例不符合要求，使發動機富油停車。并且該處的磨損間隙使用彈簧是無法消除的。

(4)燃調進氣道處污染

進氣道不屬于定期維護的位置，而空氣中微小的雜質進入進氣道積累附著會形成污垢。污垢直接影響發動機進氣量，在慢車位風門開度不變的情況下，污垢越厚，進氣量越小，發動機越富油[5]。

3.2.2 飛行操縱原因

正常情況下飛機在著陸滑跑過程中，機組人員應該單手握住油門桿，油門置于慢車位，根據實際情況調節油門開度，使用剎車來實現減速[6]。但根據實際的調研得知，大部分飛行教員和飛行學生認為油門也是著陸滑行中可用的減速裝置，可以通過一直拉住油門實現有效減速。

因此，在僅使用剎車達不到預期的減速效果想時，尤其是在學生機組訓練情況下，學生機組會出現在快速脫離跑道情況下的緊張情緒，此時機組人員可能一直拉住油門不放來實現減速，從而導致發動機過富油或富油停車。

3.3 排故思路

出現故障后，需進行地面試車，在發動機慢車穩定后使用5千克拉力向后拉油門桿，并保持15秒，檢查發動機是否停車，若出現停車現象或掉轉過多時，主要采取以下排故措施：

(1)檢查互聯桿上貧富油調節螺釘齒輪位置

若齒輪太靠近互連桿上部或下部U型夾，應將互連桿機構取下重新進行調節，使齒輪位于中間互連桿位置，并調節互連桿長度與之前一致，然后再進行地面試車檢查。

(2)檢查互連桿綜合間隙

若綜合間隙大則更換貧富油調節螺桿和上、下部U型夾，視情更換表面磨損嚴重的定位銷和彈性不良的彈簧，然后再進行試車檢查。

(3)檢查進氣道的污染狀況

對燃調進氣道的污染狀況進行檢查，若污垢較多，則需要進行在位清潔。使用清潔汽油在位清潔燃調進氣道，重點清潔風門最小開度位置內壁的污垢。在位清潔時應先用膠帶封住靜壓孔，防止掉落的污垢進入靜壓孔。

(4)大部分排故措施是以上3種措施綜合實施，如果上述措施均無法解決問題，則需要直接更換燃調。

4 使用和維護建議

4.1 針對維修人員的建議

(1)做好發動機定檢后的試車檢查工作

要使用5千克力拉油門桿，在發動機保持15秒無明顯抖動、不停車的情況下檢查慢車位拉桿掉轉情況[7]，如果存在拉桿后掉轉超過300 rpm，則需檢查互連桿間隙或清潔進氣道；或調節換車轉速或混合比，將慢車轉速調節到700～750 rpm。

(2)注意貧富油調節的季節性特點

不考慮燃調本身機械故障的原因，空氣密度也是一個主要影響因素，空氣密度主要以溫度作為標準。春、秋兩季早中晚溫差較大，定檢試車時應當根據當時溫度進行判斷，例如場溫相對當日氣溫較高，貧富油可往上限調節。夏、冬兩季早中晚溫度較接近，一天內場溫場壓一般不會大幅度變化，建議貧富油調至中間值，即30 rpm。在陰雨天調節，可調上限。

4.2 針對飛行人員的建議

(1)每次飛行前，機組應嚴格按照手冊要求檢查慢車轉速和混合比，使之符合規定，并正確進行暖機[8]；

(2)飛機在著陸滑跑過程中，機組人員在收油門至慢車位時不要過度向后拉油門桿，并注意關注發動機轉速，不能過低。